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冠状动脉疾病已经成为全世界人口发病率和病死率主要的原因。在导管室中,经皮冠状动脉介入(Percutaneous coronary intervention,PCI)进行冠状动脉支架植入术成为目前最常见和主要的医疗干预措施。但是仍然存在着一些大的缺点,如金属裸支架(Bare metal stents BMS)治疗的支架术后再狭窄(In-stent restenosis,ISR)可以影响到高达30%至40%的冠状动脉成形术,药物洗脱支架(Drug-eluting stents,DES)通过聚合物材料对附在上面的药物(如紫杉醇,雷帕霉素等)进行洗脱来防止血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle cells,VSMCs)增殖,可以大大降低ISR发生率至10%以下,也不能完全阻止ISR的发生,而且会损伤或延迟内皮化从而导致迟发支架内血栓形成,因此支架术后成功的血管重建要抑制VSMCs增殖和促进内皮化。
ISR形成的主要原因是由于VSMCs增殖和迁移所引起的新生内膜形成。在ISR的过程中,VSMCs在血管壁受损后由分化表型去分化转变为去分化表型,伴随的诸多生长因子释放也促进VSMCs去分化,从而影响VSMCs的增殖和迁移能力。在内膜损伤后,内皮细胞、血小板及炎症细胞释放生长因子、细胞因子等引起VSMCs由分化表型转变成去分化表型,细胞外基质(Extra cellular matrix,ECM)蛋白沉积,VSMCs由中膜向内膜迁移和增殖。VSMCs去分化并重新进入细胞周期,增殖率提高和迁移能力增强,同时VSMCs收缩蛋白标志物表达下降。VSMCs去分化后,其可迁移至内膜下,进行增殖和分泌大量的血管外基质。去分化的VSMCs在内膜中的增殖和迁移被认为可导致内膜增生的进展。血管外基质形成大量的内膜增生性损伤,可导致血管成形术后的再狭窄,这被认为是血管重建术失败的最常见的原因。这种瘢痕组织的生长是VSMCs增殖和迁移的结果,直接与支架植入术后的20%到30%的再狭窄率相关。
VSMCs表型转变的细胞内调控机制并没有完全阐明,但一些研究表明一些不同的信号转导通路参与了VSMCs表型转变,如PK3K/AKT、Ras/Raf/MEK/ERK1/2及P38MAPK等。Ras/Raf/MEK/ERK1/2信号途径参与了凝血酶引起的VSMCs分化。ERK和P38MAPK的激活参与了纤维母细胞生长因子(Basic fibroblast growthfactor, bFGF)、表皮生长因子(Epidermal growth factor,EGF)使SMC去分化的过程。也有研究认为,PI3K/AKT和Ras/Raf/MEK交叉调节的平衡决定了ERK1/2磷酸化情况,从而对VSMCs表型进行调控。因此,针对VSMCs表型转换的分子基础采取相应的对抗措施,降低ISR发生成为研究热点。脑利钠肽(Brain natriuretic peptide,BNP)由心室肌细胞产生,当心室壁受到牵张和舒张末期容积增大时,其表达量增加。在从心室肌分泌的过程中,proBNP按1∶1的比例裂解成为含有32个氨基酸且具有生物活性的BNP。BNP浓度升高可以改善心肌舒张,通过对抗血管收缩、钠潴留及激活的肾素-血管紧张素-醛固酮系统的抗利尿作用,在心室容积急性升高过程中起着非常重要的作用,BNP已经被认为是心血管疾病尤其是HF的生物标志。BNP通过PAR抑制了AngⅡ诱导的活性氧产生,抑制了VSMCs的增殖,也明显抑制血清引起的VSMCs增殖,同时BNP抑制氧化低密度脂蛋白引起的VSMCs迁移。因VSMCs的迁移和增殖能力的改变常伴随着其表型转变,BNP可能参与了VSMCs的表型转变。
因此,本课题拟以人VSMCs为研究对象,探讨BNP对其表型转换的影响以及这种作用是否通过激活P38、ERK信号转导通路完成,并探讨PI3K/AKT信号通路在BNP对VSMCs表型转变调控中的作用,为实现BNP在临床上应用于抗支架术后再狭窄提供理论依据。
材料与方法
1.人主动脉VSMCs,在含10%胎牛血清的DMEM培养液中常规培养,2~3d传代一次,传至5-7代作为去分化表型VSMCs,利用低血清(1%FBS)培养2-3天的VSMCs作为分化表型VSMCs用于实验。
2.实验设置:分化组(分化表型VSMCs)、去分化组(去分化表型VSMCs)、去分化表型VSMCs+10-8mmol/LBNP组、去分化表型VSMCs+10-7mmol/L BNP组、去分化表型VSMCs+10-6mmol/L BNP组,分别在加入BNP后24h和48h后收集细胞,进行VSMCs的SMα免疫组化染色、SMα及SM-MHC的Western blot检测。
3.10-7mmol/L BNP处理去分化VSMCs,在0min、5min、10min及15min行Western blot检测P38、ERK及PI3K/AKT信号通路蛋白表达。
4.加入P38及ERK信号通路阻断剂SB203580/PD98059,10-7mmol/L BNP处理去分化VSMCs48h后进行VSMCs的SMα免疫组化染色、SMα及SM-MHC的Westem blot检测。
5.计量资料数据结果以均数±标准差表示,多个样本均数的比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA),组间比较用Dunnett及LSD检验,以P<0.05为差异具有统计学意义。采用SPSS11.5统计软件包对数据进行统计分析。
结果:
1.去分化VSMCs的SMα及SM-MHC表达量较低,而血清饥饿诱导分化VSMCs较去分化VSMCs的SMα及SM-MHC表达量明显增加(P<0.01)。
2.不同浓度的BNP均促进去分化VSMCs的SMα及SM-MHC的表达。10-7mmol/LBNP处理24h及48h的去分化VSMCs的SMα及SM-MHC表达量均高于去分化VSMCs(P<0.01)。在24h或48h时间点,10-7mmol/L BNP处理的去分化VSMCs的SMα及SM-MHC表达量均高于10-8mmol/L和10-6mmol/L BNP处理的去分化VSMCs的SMα及SM-MHC表达量。10-7mmol/L BNP处理48h的去分化VSMCs的SMα及SM-MHC表达量高于10-7mmol/L BNP处理24h的去分化VSMCs的SMα及SM-MHC表达量(P<0.05)。
3.10-7mmol/L BNP处理去分化VSMCs,P-AKT表达略有降低,但各组间比较差异无统计学意义(P>0.05); P-P38在5min及10min时表达增加(P<0.01),而10min时的表达量高于5min时的表达量(P<0.05),15min时的表达量接近于0min的表达量;P-ERK表达逐渐增加,在5min及10min时间点上最明显,而10min时的表达量高于5min时的表达量(ERK1(∶)P<0.05;ERK2(∶)P<0.01)。
4.P38抑制剂SB203580、ERK抑制剂PD98059对BNP诱导的去分化VSMCs的分化均有明显的抑制作用,加入阻断剂的BNP组VSMCs的SMα及SM-MHC表达较BNP组明显下降。
结论:
1.通过对传代的VSMCs进行血清饥饿诱导可建立用于阳性对照的分化VSMCs。
2.BNP可以促进去分化VSMC的分化表型标志物SMα及SM-MHC表达。
3.P38及ERK信号转导途径可能是BNP促进去分化VSMCs表型转变的重要机制。